顶管穿越道路沉降控制研究(可编辑)

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1、顶管穿越道路沉降控制研究7>2012中国【北京非开挖技术国际交流会顶管穿越道路沉降控制研究北京市市政建设集团有限公司主任工程师张国京北京市市政四建设工程有限公司副经理郑仔弟摘要：顶管施工导致地层变形，顶管穿越道路施工必然会对道路造成不同程度的不利影响，有必要加强管理，采取系统性措施予以防护。系统性措施包括：确定科学、完善的穿越施工管理流程、预测判定对道路的影响程度、制定合理的施工措施、施工中通过监控量测切实做到信息化施工。关键词：顶管穿越道路沉降控制l前言近年来随着北京大规模基础设施建设，各种专

2、业管线顶管穿越高速公路、城镇道路工程日益增多。由于顶管施工导致地层变形，故必然对道路造成不同程度的不利影响，严重时会加剧原本已经非常拥堵的道路交通。尽管按北京市路政局《地下工程穿越交通造成路面沉降过大、甚至坍塌的现象仍偶有发生。因此有必要针对主要原因，探讨应对对策。本文根据工程实践中出现问题，仅从施工的角度阐述顶管穿越工程技术与管理措施。2顶管施工地层变形原因与发生机理2．1地层变形的主要原因地层变形的主要原因大致分为条件因素和直接原因2类。条件因素主要有：覆土厚度、顶管直径、管节背后间隙、等工

3、程条件。直接原因由顶管施工引发，主要有开挖面失稳、地下水位降低、推力过大、频繁纠偏、洞体土层失稳、盾体与洞体的摩擦力、衬砌背后产生间隙、注浆压力、衬砌变形、衬砌漏水等。虽然地层变形的直接原因有很多但大体可分为以下4类：1地层应力释放产生的弹塑性变形；2土压增大产生的压缩变形；3附加土压产生的弹塑性变形；4伴随土的物理性能变化产生的弹塑性变形以及徐变变形。顶管施工引起地层变形的同时，道路结构外力条件或承载能力也发生变化，使其发生沉降、倾斜、断面变形等变位与变形现象，其变位与变形的程度取决于工程条件

4、、地质条件与道路结构构造特征。这里，工程条件主要是指管道直径、施工方法、覆土深度技术措施等；地质条件是指地层的物理力学参数；道路结构构造特征主要包括结构层蜃

5、嬲瓣糕2012中国北京非开挖技术国际交流会厚度、强度、变形特性。2．2地层变形机理顶管通过某一断面的地层变形时间曲线与顶管过程中所处位置相关。如图1所示，地层变形一时间曲线划分为5个阶段，各阶段变形原因不同，变形机理各异。麓第l第2第3段啊螽玉起段陪段陪段髓菱刍段精垤遇畴舳O①先行沈下／I―’沈o切弱前沈下隆起y于一，眯一P沈下磊下隆起选④

6、通遢畴沈下隆起后辊沈下；，一加P苟七少，；，羽图l顶管施工地层变形阶段示意图图1中的第1阶段：发生在项管机到达该断面之前，主要表现为地下水位降低产生固结沉降。第2阶段：顶管机通过该断面前，若控制土压泥水压不足或过大，则开挖面正前方土体弹塑性变形引起地层沉降或隆起。第3阶段：发生在顶管机通过该断面时，由于纠偏、顶管机外周与周围土体的摩擦等原因而发生地层沉降或隆起。第4阶段：顶管机通过该断面后产生的弹塑性变形。若管节外周与洞体的空隙填充不及时造成地层应力释放，则土体的弹塑性变形引起地层沉降；若减阻泥

7、浆注浆压力过高，则引发地层隆起。第5阶段：顶管机通过该断面后长时间地发生后续沉降，主要由于项管施工造成地层扰动、松弛等引起，在软弱黏性土地层中表现最为明显，而在砂性土或密实的硬黏性土基本不发生。3土压泥水式顶管地层变形控制措施由于项管施工地层变形各阶段的机理不同，因此必须有针对性地采取控制措施。3．1前期沉降控制前期沉降控制的关键是保持地下水压，而保持地下水压的关键是：1合理设定土压泥水压控制值并在顶进过程中保持稳定，以平衡开挖面土压与水压。2土压式顶管保持开挖面土压稳定的前提条件是泥土的塑流化

8、改良效果，应根据地层条件选择适宜的改良材料与注入参数；而泥水式顶管保持开挖面泥水压稳定的前提条件则是泥浆性能，应根据地层条件选择适宜的泥浆材料与配合比。3要防止地下水从项管机、管节渗入。为此，应保持顶管机刀盘驱动、铰接、尾部密封完好，管节接口安装质量满足规范要求。蜃1．攀擞2012中国北京非开挖技术国际交流会4土压式顶管在地下水位高且渗透性好的地层施工时，采取有效的防喷涌措施，以防止地下水从螺旋输送机涌入。3．2开挖面前方沉降隆起控制开挖面前方沉降隆起控制的主要措施是土压泥水压管理，真正实现土压

9、泥水压平衡。一般措施有：1合理设定土压泥水压控制值并在顶进过程中保持稳定，以平衡开挖面土压与水压。2土压式顶管保持开挖面土压稳定的前提条件是泥土的塑流化改良效果，而泥水式顶管保持开挖面泥水压稳定的前提条件则是泥浆性能。3加强排土量控制。4对于土压式顶管，必要时还应对顶力、顶进进速度、刀盘扭矩等参数进行控制。3．3通过时沉降隆起控制通过时沉降隆起控制措施主要有：1控制好顶管机姿态，避免不必要的纠偏作业。出现偏差时，应本着“勤纠、少纠、适度"的原则操作。．2土压式顶管在软弱或松散地层掘进，顶管机外周